了解 CNC 木工项目的木材特性

在 CNC 木工加工过程中，机械师经常将木材误认为是一种“易于加工的材料”，因为这种材料比金属软得多。从某种意义上说，这是真的，因为与大多数金属相比，您可以在 CNC 木工中以更高的进给率对木材切削参数进行编程。然而，另一方面，木材有许多独特的特性需要加以考虑，以优化切割过程以实现最大效率。

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用于 CNC 木工的木材类型

木工用木材主要分为 3 类：硬木、软木和工程木。

硬木

硬木树的教科书定义是被子植物，通常被称为阔叶树。一些例子是橡树、桦树和枫树。这些类型的树木通常用于制作高质量的家具、甲板、地板和建筑构件。

软木

软木是一种针叶树，有时也称为裸子植物。这些通常比硬木密度低，因此更容易加工。不要让这个名字欺骗你：一些软木比一些硬木更硬。 Harvey Tool 提供的木材专用材料立铣刀的速度和进给图表正是出于这个原因，按 Janka 硬度分类。 Janka 硬度是一种改进的硬度标尺，专门用于对木材类型进行分类。

软木用于制造家具，但也可用于门、窗玻璃和纸制品。几个例子是松树和雪松树。表 1 列出了 20 种常见木材的 Janka 硬度。

工程木材

工程木材或复合木材是用粘合剂或粘合剂粘合在一起的任何类型的木纤维、颗粒或线材。尽管其中一些材料比实木更容易加工，但将材料固定在一起的粘合剂可能会非常磨蚀。这可能会导致工具过早磨损并在数控木工加工时造成困难。重要的是要注意，某些类型的工程木材比其他类型的工程木材更难加工，特别是那些具有更多粘合材料的木材。这些类型应以较不激进的速度和进给进行编程。例如，中密度纤维板（MDF）比胶合板更难加工，但比酚醛树脂更容易加工。

木材的特性

粒度

从技术上讲，木材可以被认为是一种天然复合材料，因为它由坚固而柔韧的纤维素纤维组成，由木质素和半纤维素组成的更硬的胶状基质结合在一起。如果你从建筑的角度考虑，纤维素纤维就是钢筋，混凝土就是木质素和半纤维素。具有大纤维素纤维的木材被认为是粗粒的（橡木和白蜡木）。纤维更小和更少的木材被认为是细粒度的（松木和枫木）。软木往往是细粒的，因此被定型为更容易加工，因为它们没有那么多强纤维来剪切。需要注意的是，并非所有硬木树都是粗粒的，也不是所有软木树都是细粒的。

水分含量 (MC)

水分含量 (MC) 是加工木材时要考虑的最重要的变量之一。用木头建造任何东西的一个极其常见的问题是它容易翘曲。空气中的水分变化不可避免地会影响木材中的水分含量。水分含量的任何变化（无论是增加还是减少）都会扰乱工件的形状。这就是为什么必须考虑产品在其最终放置位置会暴露于何种类型的水分。

平衡水分含量 (EMC)

当木材的水分含量达到平衡点时，就会出现平衡水分含量 (EMC)。美国的内部 EMC 值平均约为 8%，外部值平均约为 12%。由于温度和湿度的差异，这些值在全国各地有所不同。例如，美国东南部的平均内部 EMC 为 11%，而西南部平均约为 6%（不包括沿海地区）。重要的是要考虑最终产品将遇到的区域和应用，以便可以在加工前选择具有正确水分含量的木材。 MC 每变化 4%，大多数平纹木材的尺寸都会变化 1%。翘曲的方向取决于晶粒的取向。

通常，操作的功率需求随着水分含量的增加而增加，这主要是因为密度激增。木材的密度随着 MC 的增加而增加。在 CNC 木工加工期间，可能需要额外的动力将较重的切屑推出切割区域。值得注意的是，与合成聚合物一样，木材是一种粘弹性材料，在变湿时会吸收能量。其力学性能的比例极限随着MC的增加而加剧。

在加工某些类型的木材时，切削区域的温度会随着 MC 的增加而升高，但在其他种类中会下降。 在加工水分含量高于 10% 的木材时，通过降低 SFM 来确保安全并避免刀具快速磨损。 Harvey 工具速度和进给图表显示每 MC 百分比减少 30 个。不过，与往常一样，这取决于正在加工的木材类型和正在执行的操作类型。

温度变化并不是较高水分含量与刀具快速磨损相关的唯一原因。木材中的水分不仅与水有关，还与水中存在的树脂、糖、油、淀粉、生物碱和单宁有关。这些物质与高速钢反应特别好，与碳化物的反应程度较低。

结及其对 CNC 木工的影响

结是已融入树干的树枝或肢体的一部分。结节对木材机械性能的影响是由于连续性的中断和与之相关的木纤维方向的变化。这部分木材的这些特性较低，因为结周围的纤维扭曲并导致应力集中。 “检查”（由于收缩而开裂）在干燥过程中经常发生在结周围。垂直于晶粒的硬度和强度是一般较低机械性能的例外。由于这最后两个例外，木工加工参数在遇到工件打结部分时应降低，以避免冲击载荷。